陶詩(shī)秀

據(jù)統(tǒng)計(jì)，很多發(fā)達(dá)國(guó)家60%的電力消耗于取暖、制冷和照明。如今，大多數(shù)都市居民在室內(nèi)生活的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了在室外活動(dòng)的時(shí)間，人們?cè)絹?lái)越看重生活和工作環(huán)境的舒適度，因此所消耗的能源也與日俱增。

隨著環(huán)保理念深入人心，節(jié)能方式、節(jié)能技術(shù)也在不斷創(chuàng)新，在建筑材料領(lǐng)域，節(jié)能窗就是其中之一。為了降低建筑物能源消耗，技術(shù)專(zhuān)家各出高招，在節(jié)能窗的材質(zhì)上下功夫，開(kāi)發(fā)了形形色色的節(jié)能窗。

變色玻璃和吸熱玻璃

隨著光線變強(qiáng)，玻璃的顏色就會(huì)變暗，根據(jù)這種需求，研究者開(kāi)發(fā)了光致變色玻璃，簡(jiǎn)稱(chēng)變色玻璃。變色玻璃的制作過(guò)程聽(tīng)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，就是在普通玻璃中摻入氯化銀等光致變色材料，普通玻璃就變成了變色玻璃，光線越強(qiáng)，玻璃就變得越暗。

在夏季太陽(yáng)輻射強(qiáng)時(shí)，安裝了變色玻璃的窗戶顏色會(huì)變暗，可使室內(nèi)更加涼爽，減輕空調(diào)機(jī)的負(fù)擔(dān)。但這種變色玻璃窗有明顯的缺點(diǎn)，即在寒冷而陽(yáng)光很強(qiáng)的日子里也會(huì)阻擋陽(yáng)光進(jìn)入室內(nèi)，因而其應(yīng)用具有很大的局限性。

吸熱玻璃能在一定程度上彌補(bǔ)變色玻璃的不足。吸熱玻璃可吸收熱輻射線（即紅外線），這種玻璃的熱輻射線透過(guò)率只有20%左右。太陽(yáng)光中既有可見(jiàn)光又有紅外線，吸熱玻璃能阻隔大部分紅外線，同時(shí)卻能透過(guò)75%的可見(jiàn)光。在普通玻璃的原料中加入一定量的有吸熱性能的著色劑，就可以制成吸熱玻璃。

中國(guó)南方地區(qū)的建筑很適合安裝吸熱玻璃窗，因?yàn)樵诼L(zhǎng)的夏天，這種窗戶不僅能令室內(nèi)涼爽，也能讓可見(jiàn)光射入房間，不影響屋內(nèi)亮度。為了克服這種玻璃在吸收熱輻射之后容易升溫爆裂的缺點(diǎn)，生產(chǎn)商往往將其做成夾網(wǎng)玻璃或者雙層玻璃。這種玻璃窗多用于航空控制塔臺(tái)、警亭、特殊倉(cāng)庫(kù)和特殊廠房等建筑中。

低E窗：雙層玻璃有玄機(jī)

為了冬季保暖，中國(guó)北方的建筑物窗戶一般由雙層玻璃組成，中間由一層空氣隔開(kāi)，兩層玻璃的間隔約為1.2厘米。低E窗便是一種雙層玻璃窗。在制作低E窗的過(guò)程中，生產(chǎn)者會(huì)在兩層玻璃之一的內(nèi)表面上，加上一層低輻射薄膜涂層。涂層由多層金屬或者金屬氧化物組成。這種涂層極薄，一般僅有納米級(jí)的厚度，可見(jiàn)光可以穿過(guò)涂層，而熱輻射無(wú)法通過(guò)，因此室內(nèi)的熱輻射被低E窗的里層阻隔。在普通的雙層窗戶中，室內(nèi)的熱輻射會(huì)穿過(guò)兩層玻璃間的空氣層，輻射到外層玻璃，再由此耗散到室外。但是由于低E窗的低輻射涂層使熱輻射難以到達(dá)空氣層，熱量在玻璃上聚集起來(lái)，最后又輻射回室內(nèi)，這種現(xiàn)象就是低E窗的熱鏡效應(yīng)。低E窗的熱鏡效應(yīng)會(huì)將熱量限制于室內(nèi)，起到保溫作用。

低E窗也經(jīng)歷了多次技術(shù)迭代。第一代低E窗由于其低輻射涂層采用真空淀積法形成，非常脆弱、易損壞，運(yùn)輸安裝都不方便。后來(lái)，研究者發(fā)明了一種“熱解”工藝，將低輻射材料注入到玻璃表層，使其強(qiáng)度大大提高，這樣的低E窗可用于沒(méi)有任何防護(hù)的場(chǎng)合，如屋頂窗、溫室等。

低E窗雖然主要用于冬季保持建筑物內(nèi)部的熱量不外逸，但是，只要窗戶不受太陽(yáng)光的直射，其熱鏡效應(yīng)在夏季也是十分有益的。炎熱的夏天，由瀝青路面、車(chē)輛、建筑物等發(fā)出的長(zhǎng)波熱輻射形成熱浪，照在窗戶上，低E窗會(huì)在熱鏡效應(yīng)的作用下將熱浪反射回室外。在陽(yáng)光充足的地區(qū)，玻璃制造廠商常常將低輻射涂層和吸熱玻璃或變色玻璃相結(jié)合，進(jìn)一步減少陽(yáng)光直射的熱量進(jìn)入室內(nèi)。與普通雙層玻璃窗相比，這種復(fù)合型低E窗的隔熱性能增加了約50%。

最近，一種改進(jìn)型低E窗也進(jìn)入了節(jié)能窗市場(chǎng)，它的低輻射涂層不是敷于玻璃表面，而是敷于薄薄的聚脂膜片上，聚脂膜片則被置于兩層玻璃框之間。這種設(shè)計(jì)增加了第二個(gè)空氣層，隔熱效果更好。從生產(chǎn)的角度來(lái)講，處理柔性的聚脂塑料膜也要比處理玻璃容易得多。

氣溶膠也能變出隔熱窗

提到“氣溶膠”你會(huì)想到什么？恐怕你很難將這三個(gè)字和隔熱窗聯(lián)系起來(lái)，但的確有一種節(jié)能窗就叫氣溶膠隔熱窗。

制造氣溶膠隔熱窗離不開(kāi)二氧化硅。將透明的純二氧化硅顆粒黏結(jié)在一起，使得顆粒之間形成許多直徑僅有幾納米的微孔，這就是“氣溶”，這種二氧化硅顆粒黏結(jié)物質(zhì)被稱(chēng)為硅氣溶膠。硅氣溶膠中這些極為細(xì)小的微孔內(nèi)充滿了空氣分子。由于微孔之間是相互隔絕的，因此其中的空氣分子不能流通，這就阻隔了熱量的傳遞。由于這些微孔的直徑比可見(jiàn)光的波長(zhǎng)還要小得多，不影響光線的通過(guò)，因此硅氣溶膠是清澈透明的。將硅氣溶膠夾進(jìn)透明的硬塑料或者普通玻璃之間，使其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定堅(jiān)固，可用來(lái)制作較為理想的既隔熱又透明的氣溶膠窗戶。

氣溶膠隔熱窗的阻熱效率是普通雙層玻璃窗的5倍，低E窗的3倍，所以采用這種窗戶的建筑物冬暖夏涼，可節(jié)省許多空調(diào)用電。德國(guó)的一個(gè)太陽(yáng)能研究所就利用了氣溶膠隔熱材料建造圖書(shū)館。圖書(shū)館整塊墻面采用落地雙層玻璃窗，夾層內(nèi)填充了硅氣溶膠，這使圖書(shū)館內(nèi)溫度舒適，光線充足而柔和。

自動(dòng)調(diào)節(jié)“開(kāi)關(guān)”的電致變色窗

自動(dòng)調(diào)節(jié)“開(kāi)關(guān)”窗采用了一種基于電致變色現(xiàn)象的最新技術(shù)。它可以自動(dòng)地連續(xù)調(diào)節(jié)窗戶的透明度和隔熱系數(shù)，有著更加廣泛的適應(yīng)性。

自動(dòng)調(diào)節(jié)“開(kāi)關(guān)”窗是由多層結(jié)構(gòu)的電致變色板做成的。變色板的最外層是透明的平板電極，實(shí)際上是極薄的導(dǎo)電膜。兩個(gè)平板電極內(nèi)各有一塊活性材料板，兩塊活性材料板之間夾著一層電解質(zhì)夾層，在沒(méi)有電壓作用的情況下，這三層是透明的。在兩個(gè)平板電極上加上電壓的時(shí)候，電解質(zhì)中的一些離子會(huì)進(jìn)入一塊活性材料板中，使得這塊活性材料板的透明度下降，呈現(xiàn)“關(guān)”的狀態(tài)。當(dāng)加上反向電壓時(shí)，離子又從活性材料板中被拉出來(lái)，回到電解質(zhì)夾層中，活性材料板恢復(fù)其清澈透明狀態(tài)，即呈“開(kāi)”的狀態(tài)。這個(gè)過(guò)程可以反復(fù)重復(fù)400萬(wàn)次。

普通的電致變色板采用三氧化鎢作為活性材料，電解質(zhì)是氟化鋰（或氟化鋁）。當(dāng)電解質(zhì)中的鋰離子在電壓作用下滲入三氧化鎢的時(shí)候，三氧化鎢就由清澈透明轉(zhuǎn)為藍(lán)色。當(dāng)電壓反向的時(shí)候，鋰離子回到電解質(zhì)中，活性材料板又會(huì)呈透明狀。

為了提高“開(kāi)”“關(guān)”的明暗對(duì)比度，三氧化鎢材料板對(duì)面的另一塊活性材料板應(yīng)具有和三氧化鎢互補(bǔ)的電致變色特性，也就是在沒(méi)有離子進(jìn)入時(shí)是相對(duì)不透明的，吸收了離子后才變得更加透明，三氧化二銥就具有這樣的特性。在電壓的控制下，隨著離子來(lái)回往返，兩種活性材料協(xié)調(diào)一致地工作。當(dāng)鋰離子存在于三氧化鎢中時(shí)，兩種材料均變暗，相當(dāng)于窗戶關(guān)閉。當(dāng)鋰離子存在于三氧化二銥中時(shí)，兩種材料均變亮，相當(dāng)于窗戶打開(kāi)。采用鎢銥結(jié)合的自動(dòng)調(diào)節(jié)“開(kāi)關(guān)”窗，“開(kāi)”時(shí)可見(jiàn)光的透射率為68%，“關(guān)”時(shí)則降低到10%以下，開(kāi)關(guān)的程度可由電壓的大小來(lái)控制。

然而，現(xiàn)有的電致變色材料（如三氧化鎢）存在的問(wèn)題是，當(dāng)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)既阻擋光也阻擋熱。這樣一來(lái)，窗戶只有在保持室內(nèi)光線較暗時(shí)，才能保持其涼爽。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，目前所用的三氧化鎢處于非晶狀態(tài)，如果電致變色的活性材料采用結(jié)晶態(tài)的三氧化鎢，則將具有更優(yōu)越的性能。結(jié)晶態(tài)的三氧化鎢能使可見(jiàn)光通過(guò)，并隔離熱輻射。在沒(méi)有離子的時(shí)候，結(jié)晶態(tài)的三氧化鎢可以讓可見(jiàn)光和熱輻射同時(shí)通過(guò)；在離子濃度較高時(shí)，將反射熱輻射而傳送可見(jiàn)光，這樣既能令室內(nèi)光線充足又可保持涼爽；在更高的離子濃度水平下，則反射整個(gè)太陽(yáng)光譜，可見(jiàn)光和紅外線全部被阻隔。目前，這種材料正在開(kāi)發(fā)之中。

電致變色窗可以用電來(lái)調(diào)節(jié)其開(kāi)關(guān)，以適應(yīng)室內(nèi)熱量需求的變化。例如，可將窗戶的控制輸入端和一個(gè)恒溫器相連，室溫上升時(shí)啟動(dòng)電源，控制窗戶阻隔熱輻射，以防止室內(nèi)溫度繼續(xù)上升；反之，室溫下降時(shí)，可調(diào)節(jié)窗戶向室內(nèi)傳遞更多熱量。